【多维CN】“基建狂魔”再发威 港珠澳大桥的科技元素

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2018年是中国改革开放40周年,如何解析中共政权成立以来尤其1978年改革开放以来所取得的成就,已成为近年来备受海内外学界关注的热点问题。通过多年的经营布局,中国已构建了从轻工业到重工业完备的工业制造业体系,中国基建也正在逐步走向一个完整的现代化,并向世人呈现越来越多的“中国智慧和中国方案”。施工九年的港珠澳大桥,受地质结构复杂、施工环境恶劣、技术标准高、环保要求高等多重考验,从开工建设到通车,工程施工以来一波多折,是非争议声一直不断,但从建筑科学的专业角度来看,港珠澳大桥确实已经成为中国在基建领域达到新高度的一个巨大象征。

本文转自《多维CN》040期(2018年12月刊)科技栏目《“基建狂魔”再发威 港珠澳大桥的科技元素》。浏览更多月刊文章:【多维CN/TW频道】

在网络世界被戏称为“基建狂魔”的中国,在基础建设领域再次展现了令世人折服的能量。随着港珠澳大桥开通,伶仃洋增添了一道优美风景,这座连接香港、澳门和中国内地城市珠海的55公里长的跨海大桥,犹如一条彩线画出优雅弧线绵恒伸向远方。

作为人类建设史上迄今为止里程最长、投资最多、施工难度最大、设计使用寿命最长的跨海公路桥梁,港珠澳大桥刚一亮相,就迎来了全球各色挑剔目光的审视。美国《时代》杂志网站一段长约56秒的航拍视频即向世人展示了港珠澳大桥沿线的醉人风光,《美国工程新闻纪录》也为港珠澳大桥授予了“2018年度全球最佳桥隧项目奖”

尽管有香港观察人士将这一耗资约200亿美元的项目,称为“大白象工程”,认为这种“硬融合”是内地进一步削弱香港高度自治及自由的一环,而且该大桥从设计之初就引发了很多环保主义者的口水战争,但从建筑科学的专业角度来看,港珠澳大桥确实已经成为中国在基建领域达到新高度的一个巨大象征。

港珠澳大桥被《美国工程新闻纪录》授予“2018年度全球最佳桥隧项目奖”(图源:VCG)
当今世界最具挑战性的工程

此前,中国已相继建造了世界最大跨度公路铁路两用悬索桥——五峰山长江特大桥,其荷载和设计时速世界第一;世界最长高铁桥丹昆特大桥,全长164.85公里;世界最高大桥贵州北盘江大桥,创下7项“世界第一”的赤石大桥,创下4项“世界之最”的湖南矮寨大桥……另外,世界跨度最大的公路铁路两用大桥——沪通长江大桥,主桥设置双层双向10车道、世界上通行能力最大的杨泗港长江大桥,预计均将于2019年建成。

在国际桥梁建设大舞台上,中国建造的桥梁已接近全球市场一半左右,马来西亚槟城二桥、巴拿马运河三桥、韩国仁川二桥、美国旧金山—奥克兰海湾大桥等,都是中国桥梁人加持了建设烙印。世界桥梁业内已在流传这样一句话:世界桥梁建设20世纪70年代以前看欧美,90年代看日本,21世纪看中国。

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此次港珠澳大桥的开通,被认为具有里程碑意义,标志着中国从桥梁大国走向桥梁强国。该大桥由桥、岛、隧道和粤港澳连接线组成,全长55公里的跨海公路桥梁,其中主体工程“海中桥隧”长度即超过35公里,主桥从西端珠海拱北对开的人工岛,伸展至东端近粤港分界线的东人工岛。

港珠澳大桥可抗16级台风、8级地震,被誉为“当今世界最具挑战性的工程”、“桥梁界的珠穆朗玛峰”,英国《卫报》更是将其评为“新的世界七大奇迹”之一。2018年9月,强度为17级的超强台风“山竹”以最高时速240公里过境,港珠澳大桥主体桥梁、海底隧道、人工岛,以及桥面护拦、路灯等都经受住了“史诗级考验”。据称,“大桥可承受时速432公里的风力,远远超过目前香港曾经历过的所有台风强度”。

中国内地的交通习惯是开车靠右,香港和澳门由于历史原因,遵循开车靠左,基于对三地道路通行规则不同的担心,舆论场一度出现了“港珠澳大桥恐成废桥”的声音。但实际上,中国团队在桥梁设计之初已考虑到此问题,在参考了英法海底隧道左右舵车变换行驶方式后,港珠澳大桥在内地上桥的入口采用“右上左落”的车辆安排,即从内地往香港方向上桥,所有车辆遵循靠右行驶原则,当车辆行驶到“观景山隧道”和“机场隧道”时,通过立交桥自然转换成靠左行驶;而从港澳方向上桥的车辆在上桥之初遵循靠左行驶原则,当通过上述两个地点时,通过立交桥自然转换成靠右行驶。

嘲笑中“逼”成的技术优势

一项工程若初面世即被称为破纪录的“世纪工程”,也就意味着其工程链条的每个环节都会迎来大挑战。施工9年、耗资超过千亿元人民币的港珠澳大桥,受地质结构复杂、施工环境恶劣、技术标准高、环保要求高等多重考验,从开工建设到完工通车,一路面临着诸多超乎想象的困难与挑战。

作为大桥控制性工程的岛隧工程,也是整个建设中最核心的部分,需要建设两座面积各10万平方米的人工岛和一条6.7公里长的海底沉管隧道,实现桥梁与隧道的转换。

  • 从建筑科学专业角度来看,港珠澳大桥已成为中国在基建领域达到新高度的一个巨大象征(多维新闻制作)
  • 港珠澳大桥被誉为“当今世界最具挑战性的工程”、“桥梁界的珠穆朗玛峰”(多维新闻制作)

离岸人工岛起着为海中隧道和桥梁的转换衔接提供“转换器”的作用,以往常国际上通行的技术方案,无外乎以传统抛石填海的方法去建成两个10万平方米的人工岛,但工期长,会造成水路交通堵塞,且需开挖800万立方米的海底淤泥,据估算挖掘量相当于堆砌三座胡夫金字塔。面对种种弊端,中国团队想到一个“快速成岛”的方法,即将一组巨型钢圆筒直接插入并固定在海床上,然后再填砂形成人工岛。

造桥填海所用的逾百个钢圆筒直径22米、高50多米,其截面面积相当于一个篮球场,高度相当于18层楼,体量类似于一架A380空中客车。钢圆筒在上海完成制造后经由水路运至香港,于海中逐一竖立,深深插入海床面以下约30米处,由无至有形成人工岛。被海外专家预计要两三年工期才能完成的人工岛,实际上中国团队最后仅用时7个月。

港珠澳大桥岛隧工程在沉管结构、制造工艺、接头方案、隧道形式方面实现了“四大创新”,同时在深水基础施工技术、外海沉管安装成套技术等方面取得突破,共开展了140项试验,历经28次台风侵袭,遭遇7次如河口羽(注:当潮流在河口进退时,因垂向和横向剪切所形成的特殊水体)、异常波等危机,拥有40项创新和540项专利。

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撰写:刘言

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